Muskietgedraagde siektes bly 'n ernstige wêreldwye openbare gesondheidsprobleemGroeiende weerstand van siektevektore, soos Culex pipiens pallens, teen tradisionele insekdoders vererger hierdie probleem verder. In hierdie studie is 'n reeks nuwe tiofeen-isokinolinoon-hibriede ontwerp, gesintetiseer en geëvalueer as potensiële larvisides. Onder die gesintetiseerde verbindings het derivate 5f, 6 en 7 beduidende larviside aktiwiteit teen Culex pipiens pallens-larwes getoon met LC₅₀-waardes van onderskeidelik 0.3, 0.1 en 1.85 μg/mL. Dit is opmerklik dat al twaalf tiofeen-isokinolinoon-derivate beduidend hoër toksisiteit as die verwysingsorganofosfaat-insekdoder chlorpirifos (LC₅₀ = 293.8 μg/mL) getoon het, wat die superieure toksisiteit van hierdie verbindings bevestig. Interessant genoeg het sintetiese intermediêre 1a (’n tiofeen-semiester) die hoogste sterkte (LC₅₀ = 0.004 μg/mL) vertoon, en hoewel dit nog nie ten volle geoptimaliseer is nie, het die sterkte daarvan steeds dié van alle finale derivate oortref. Meganistiese biologiese studies het robuuste neurotoksisiteitsimptome getoon, wat dui op verswakte cholinergiese funksie. Molekulêre docking- en molekulêre dinamika-simulasies het hierdie waarneming bevestig en sterk spesifieke interaksies met asetielcholinesterase (AChE) en die nikotien-asetielcholienreseptor (nAChR) aan die lig gebring, wat 'n moontlike dubbele-aksie-meganisme voorstel. Digtheidsfunksionele teorie (DFT) berekeninge het verder die gunstige elektroniese eienskappe en reaktiwiteit van die aktiewe verbindings bevestig. Die strukturele diversiteit en konsekwent hoë sterkte van hierdie reeks verbindings kan die risiko van kruisweerstand verminder en weerstandsbestuurstrategieë deur verbindingrotasie of -kombinasie vergemaklik. Oor die algemeen dui hierdie resultate daarop dat tiofeen-isokinolinoon-hibriede 'n belowende opsie is vir die ontwikkeling van volgende-generasie larvisiede wat op neurofisiologiese weë van insekvektore teiken.
Muskiete is van die mees effektiewe vektore van aansteeklike siektes, wat 'n wye reeks gevaarlike patogene versprei en 'n beduidende bedreiging vir die wêreldwye openbare gesondheid inhou. Spesies soos Culex pipiens, Aedes aegypti en Anopheles gambiae is veral bekend vir die oordrag van virusse, bakterieë en parasiete, wat jaarliks miljoene infeksies en talle sterftes veroorsaak. Culex pipiens is byvoorbeeld 'n belangrike vektor van arbovirusse soos die Wes-Nylvirus en die St. Louis-enkefalitisvirus, sowel as parasitiese siektes soos voëlmalaria. Onlangse navorsing het ook getoon dat Culex pipiens 'n belangrike rol speel in die vektor en oordrag van skadelike bakterieë soos Bacillus cereus en Staphylococcus warwickii, wat voedsel besoedel en openbare gesondheidsprobleme vererger. Die hoë aanpasbaarheid, oorlewingsvermoë en weerstand van muskiete teen beheermetodes maak hulle moeilik om te beheer en hou 'n volgehoue bedreiging in.
Chemiese insekdoders is 'n sleutelinstrument in muskietbeheer, veral tydens muskietgedraagde siekte-uitbrake. Verskeie klasse insekdoders, insluitend piretroïede, organofosfate en karbamate, word wyd gebruik om muskietpopulasies en siekte-oordrag te verminder. Die wydverspreide en langtermyn gebruik van hierdie chemikalieë het egter gelei tot ernstige omgewings- en openbare gesondheidskwessies, insluitend ekosisteemontwrigting, skadelike gevolge vir nie-teikenspesies, en die vinnige ontwikkeling van insekdoderweerstand in muskietpopulasies.11,12,13,14Hierdie weerstand verminder die doeltreffendheid van baie tradisionele insekdoders aansienlik, wat die dringende behoefte aan innoverende chemiese oplossings met nuwe werkingsmeganismes beklemtoon om hierdie ontwikkelende bedreigings effektief teen te werk.11,12,13,14Om hierdie ernstige uitdagings aan te spreek, wend navorsers hulle tot alternatiewe strategieë soos biobeheer, genetiese manipulasie en geïntegreerde vektorbestuur (IVM). Hierdie benaderings toon belofte vir volhoubare, langtermyn muskietbeheer. Tydens epidemies en noodgevalle bly chemiese metodes egter noodsaaklik vir vinnige reaksie.
Isokinolienalkaloïede is belangrike stikstofbevattende heterosikliese verbindings wat wyd versprei is in die planteryk, insluitend families soos Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae en Menispermaceae.30 Vorige studies het bevestig dat isokinolienalkaloïede uiteenlopende biologiese aktiwiteite en strukturele kenmerke besit, insluitend insekdodende, antidiabetiese, antitumor-, antifungale, anti-inflammatoriese, antibakteriese, antiparasitiese, antioksidant-, antivirale en neurobeskermende effekte.
In hierdie studie was χ²-waardes vir alle verbindings onder die kritieke drempel, en p-waardes was bo 0.05. Hierdie resultate bevestig die betroubaarheid van LC₅₀-ramings en demonstreer dat probabilistiese regressie die waargenome dosis-respons-verhouding effektief kan beskryf. Daarom is LC₅₀-waardes en toksisiteitsindekse (TI's) wat bereken word op grond van die mees aktiewe verbinding (1a) hoogs betroubaar en geskik vir die vergelyking van toksikologiese effekte.
Om die interaksies van 12 nuut gesintetiseerde tiofeen-isokinolinoonderivate en hul voorloper 1a met twee belangrike muskietneuronale teikens - asetielcholienesterase (AChE) en die nikotienasetielcholienreseptor (nAChR) - te evalueer, het ons molekulêre dockingmodellering uitgevoer. Hierdie teikens is gekies op grond van neurotoksiese simptome wat waargeneem is in larwale doodtoetse, wat dui op verswakte neuronale seintransduksie. Verder ondersteun die strukturele ooreenkoms van hierdie verbindings met organofosfate en neonikotinoïede verder die voorkeurkeuse van hierdie teikens, aangesien organofosfate en neonikotinoïede hul toksiese effekte uitoefen deur onderskeidelik AChE te inhibeer en nAChR te aktiveer.
Verder tree verskeie verbindings (insluitend 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f en 7) in wisselwerking met SER280. SER280-residue is betrokke by die vorming van kristalstruktuurkonformasies en word bewaar in die geredoteerde konformasie van BT7. Hierdie diversiteit van interaksiemodusse beklemtoon die aanpasbaarheid van hierdie verbindings in die aktiewe plek, met SER280 en GLU359 wat moontlik as aanpasbare ankerplekke onder dockingtoestande dien. Die gereelde interaksies wat waargeneem word tussen sintetiese derivate en sleutelresidue soos GLU359 en SER280, wat komponente is van die bekende SER-HIS-GLU katalitiese triade in menslike asetielcholinesterase (AChE), ondersteun verder die hipotese dat hierdie verbindings kragtige inhiberende effekte op AChE kan uitoefen deur aan katalities belangrike plekke te bind.29,61,64
Dit is opmerklik dat verbinding 6 en sy voorloper 1a die kragtigste aktiwiteit teen larwes in die bio-toets getoon het, met die laagste LC₅₀-waardes onder die verbindings in die reeks. Op molekulêre vlak toon verbinding 6 'n kritieke interaksie met chlorpirifos by die GLU359-plek, terwyl verbinding 1a oorvleuel met hergedoteerde BT7 via 'n waterstofbinding aan SER280. Beide GLU359 en SER280 is teenwoordig in die oorspronklike kristallografiese bindingskonformasie van BT7 en is komponente van die gekonserveerde katalitiese drieling van asetielcholinesterase (SER-HIS-GLU), wat die funksionele betekenis van hierdie interaksies in die handhawing van die inhiberende aktiwiteit van die verbindings beklemtoon (Fig. 10).
Die waargenome ooreenkoms in bindingsplekke tussen BT7-derivate (insluitend inheemse en gerekonstrueerde BT7) en chlorpirifos, veral by residue wat krities is vir katalitiese aktiwiteit, dui sterk op 'n gemeenskaplike meganisme van inhibisie tussen hierdie verbindings. Oor die algemeen bevestig hierdie resultate die beduidende potensiaal van tiofeen-isokinolinoon-derivate as hoogs kragtige asetielcholinesterase-inhibeerders as gevolg van hul gekonserveerde en biologies relevante interaksies.
'n Sterk korrelasie tussen die molekulêre dockingresultate en die larwale bio-assay resultate bevestig verder dat asetielcholienesterase (AChE) en die nikotien-asetielcholienreseptor (nAChR) die primêre neurotoksiese teikens van die gesintetiseerde tiofeen-isokinolinoonderivate is. Alhoewel die dockingresultate belangrike inligting oor reseptor-ligandaffiniteit verskaf, moet erken word dat bindingsenergie alleen onvoldoende is om insekdodende doeltreffendheid in vivo volledig te verduidelik. Verskille in LC₅₀-waardes tussen verbindings met soortgelyke docking-eienskappe kan te wyte wees aan faktore soos metaboliese stabiliteit, absorpsie, biobeskikbaarheid en verspreiding in insekte.⁶⁰,⁶⁴Die rasionele strukturele ontwerp, hoë reseptoraffiniteit gesimuleer deur rekenaarsimulasie, en kragtige biologiese aktiwiteit ondersteun egter sterk die siening dat AChE en nAChR'e die hoofmediators van die waargenome neurotoksisiteit is.
Ten slotte, die gesintetiseerde tiofeen-isokinolinoon-hibriede beskik oor sleutelstrukturele en funksionele elemente wat grootliks versoenbaar is met bekende neuroaktiewe insekdoders. Hul vermoë om doeltreffend aan asetielcholinesterase (AChE) en nikotien-asetielcholienreseptore (nAChR'e) te bind via komplementêre interaksiemeganismes, beklemtoon hul potensiaal as dubbelteiken-insekdoders. Hierdie dubbele meganisme verbeter nie net insekdodende doeltreffendheid nie, maar bied ook 'n belowende strategie om bestaande weerstandsmeganismes te oorkom, wat hierdie verbindings belowende kandidate maak vir die ontwikkeling van volgende generasie muskietbeheermiddels.
Molekulêre dinamika (MD) simulasies word gebruik om molekulêre docking resultate te valideer en uit te brei, wat 'n meer realistiese en tydafhanklike assessering van ligand-teiken interaksies onder fisiologies realistiese toestande bied. Alhoewel molekulêre docking waardevolle voorlopige inligting oor potensiële bindingsposisies en affiniteite kan verskaf, is dit 'n statiese model en kan dit nie rekening hou met reseptor buigsaamheid, oplosmiddel dinamika of temporale skommelinge in molekulêre interaksies nie. Daarom is MD simulasies 'n belangrike aanvullende metode vir die assessering van komplekse stabiliteit, interaksie robuustheid en konformasie veranderinge in ligande en proteïene oor tyd.60,62,71
Gebaseer op hul superieure bindingseienskappe aan asetielcholienesterase (AChE) in vergelyking met die nikotien-asetielcholienreseptor (nAChR), het ons die ouermolekule 1a (met die laagste LC₅₀-waarde) en die mees aktiewe tiofeen-isokinolienverbinding 6 vir molekulêre dinamika (MD) simulasies gekies. Die doel was om te evalueer of hul bindingskonformasie in die AChE-aktiewe plek stabiel gebly het oor 100 ns van simulasie en om hul bindingsgedrag te vergelyk met dié van chlorpirifos en die terugkaats-kokristalliseerde AChE-inhibeerder BT7.
Molekulêre dinamika-simulasies het wortelgemiddelde kwadraatafwyking (RMSD) ingesluit om die algehele kompleksstabiliteit te bepaal; wortelgemiddelde kwadraatafwyking van fluktuasies (RMSF) om residu-buigsaamheid te bestudeer; en ligand-akseptor-interaksie-analise om die stabiliteit van waterstofbindings, hidrofobiese kontakte en ioniese interaksies te bepaal (Aanvullende Data). Alhoewel die RMSD- en RMSF-waardes vir alle ligande binne 'n stabiele reeks gebly het, wat geen beduidende konformasieveranderinge in die AChE-ligandkompleks aandui nie (Figuur 12), is hierdie parameters alleen onvoldoende om die verskille in bindingsmassa tussen die verbindings volledig te verduidelik.
Plasingstyd: 15 Desember 2025